专利名称：丙烯酸单体的生产方法
技术领域：
本发明涉及生产N-取代丙烯酰胺和诸如二烷基烯丙基胺或三烯丙基胺的叔胺的新合成方法。诸如N，N-二甲基丙烯酰胺的取代丙烯酰胺可任选与其它单体发生聚合，形成可用作粘合剂、织物浆料(fabric sizes)和页岩抑制剂等的聚合物。诸如烯丙基二甲基胺的烯丙基二烷基胺可成盐或季铵化，得到能形成水溶性聚合物的水溶性单体。烯丙基二烷基胺的一个重要用途是用于制备氯化二烯丙基二烷基铵，氯化二烯丙基二烷基铵通常用于生产水溶性阳离子聚合物，所述阳离子聚合物对于在诸如污泥的悬浮液或造纸料悬浮液中的固体的凝结和絮凝是有用的。
由诸如3-氯丙酰氯的酰基氯制备N-取代丙烯酰胺是已知的。反应通常在0-50℃下进行。该特定反应路径的缺点是酰氯具有腐蚀性，并且其高反应性导致形成各种不期望的副产物。在合适催化剂存在下，由相应的氨基烷基酰胺热解来制备N-取代丙烯酰胺也是已知的。该方法是在高温下，通常在高于150℃的温度下进行。
现有方法的一个问题是，会形成副反应，从而导致低收率和不期望的杂质，如果不除去杂质，则会对相应聚合物的性质产生不利影响。在工业规模上，通常难以高收率得到纯度大于95％的N-取代丙烯酰胺。
已有方法的另一个问题是，在上述高温下，通常需要使用较大量的聚合反应抑制剂。但是，一旦反应结束，则需马上除去残余的抑制剂。抑制剂的用量不足会导致取代的丙烯酰胺形成聚合物，这是我们所不期望的。而且，在所述高温下，总会存在游离基物质形成二聚体的危险。在N-取代丙烯酰胺单体中，即使仅存在相当低浓度的二聚体或低分子量聚合物，也是不利的，并对聚合反应产生不利影响，进而对最终聚合产物的性质造成不利影响。
为此，期望使用一种方法，如果需要的话，该方法可以在更接近环境温度的条件下进行，并可用于制备例如96％以上，优选至少97％的高纯度N-取代丙烯酰胺。而且，还期望使用一种可避免使用腐蚀性酰氯的方法。
本发明的一个方面涉及制备含有式(1)化合物和式(2)化合物的混合物的方法， 其中R1是任选被取代的C1-20烷基、任选被取代的C3-4链烯基、任选被取代的C5-7环烷基或任选被取代的苄基，R2是任选被取代的C1-20烷基、任选被取代的C3-4链烯基或任选被取代的C5-7环烷基，A是S或NR3，R3是任选被取代的C1-20烷基、任选被取代的C3-4链烯基或任选被取代的C5-7环烷基，或者，R2和R3一起构成可含有氧原子的5-7元环，R4是氢或甲基，R5是任选被取代的C1-20烷基、任选被取代的C3-4链烯基、任选被取代的C5-7环烷基或任选被取代的苄基，和R6是氢或任选被取代的C1-20烷基、任选被取代的C3-4链烯基或任选被取代的C5-7环烷基，或者，R5和R6一起构成可含有氧原子的5-7元环，该方法包括，使式(3)化合物在碱性介质中反应， 其中X-是阴离子，R1、R2、R3、R4、R5和R6的定义同上。
在本发明的一个优选实施方案中，A是NR3并且式(1)化合物具体为叔胺。
在一个实施方案中，R1是烯丙基或甲代烯丙基。
在一个实施方案中，R2是甲基或乙基。
在另一个实施方案中，R3是甲基或乙基。
在又一个实施方案中，R5是C1-8烷基，但优选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基和叔丁基。
在另外一个实施方案中，R6是氢或C1-8烷基，但优选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基和叔丁基，并且X-是卤离子，优选氯离子。
在本发明的优选实施方案中，R1是烯丙基，R2是甲基或乙基，R3是甲基或乙基，R5是C1-8烷基，但优选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基和叔丁基，R6是氢或C1-8烷基，但优选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基和叔丁基，X-优选卤离子，最优选氯离子。
根据本发明，在诸如胺、金属氧化物、金属氢氧化物或氢氧化铵的碱存在下，例如，在叔胺和/或位阻仲胺存在下，优选在氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙存在下，通过使式(3)化合物反应，可方便地制得式(1)化合物和式(2)化合物的混合物。反应可以在pH大于8，优选pH为11-14的含水介质中进行。在一个实施例中，反应在至多100℃的温度下进行，优选在10-30℃下进行。理想的是，通过将氢氧化钠或其它固体碱金属氢氧化物加入式(3)化合物中来实现上述反应。也可以通过加入碱性溶液，例如，加入烧碱溶液来进行消除反应。碱性溶液可以是任何碱性溶液。碱浓度通常大于10％，优选大于20％，更优选大于30％，最优选大于40％，例如，为46％。
式(1)化合物的实例包括烯丙基二甲基胺、烯丙基二乙基胺、烯丙基乙基甲基胺、二甲硫醚、烯丙基甲基硫醚和烯丙基乙基硫醚。
式(2)化合物的实例包括N-甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N-正丙基丙烯酰胺或N-异丙基丙烯酰胺、N-甲基甲基丙烯酰胺、N-乙基甲基丙烯酰胺、N-正丙基甲基丙烯酰胺、N-(2-乙基己基)丙烯酰胺或N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺、N，N-二正丙基丙烯酰胺、N，N-二异丙基丙烯酰胺或N，N-二辛基丙烯酰胺、N-乙基-N-甲基丙烯酰胺、N-甲基-N-丙基丙烯酰胺。
典型的混合物实例包括烯丙基二甲基胺和N-甲基丙烯酰胺，烯丙基二甲基胺和N-乙基丙烯酰胺，烯丙基二甲基胺和正丙基丙烯酰胺，烯丙基二甲基胺和N-异丙基丙烯酰胺，烯丙基二甲基胺和N-甲基甲基丙烯酰胺，烯丙基二甲基胺和N-乙基甲基丙烯酰胺，烯丙基二甲基胺和N-正丙基甲基丙烯酰胺，烯丙基二甲基胺和N-(2-乙基己基)丙烯酰胺，烯丙基二甲基胺和N，N-二甲基丙烯酰胺，烯丙基二甲基胺和N，N-二乙基丙烯酰胺，烯丙基二甲基胺和N，N-二正丙基丙烯酰胺，烯丙基二甲基胺和N，N-二异丙基丙烯酰胺，烯丙基二甲基胺和N，N-二辛基丙烯酰胺，烯丙基二甲基胺和N-乙基-N-甲基丙烯酰胺，烯丙基二甲基胺和N-甲基-N-丙基丙烯酰胺，烯丙基二乙基胺和N-甲基丙烯酰胺，烯丙基二乙基胺和N-乙基丙烯酰胺，烯丙基二乙基胺和正丙基丙烯酰胺，烯丙基二乙基胺和N-异丙基丙烯酰胺，烯丙基二乙基胺和N-甲基甲基丙烯酰胺，烯丙基二乙基胺和N-乙基甲基丙烯酰胺，烯丙基二乙基胺和N-正丙基甲基丙烯酰胺，烯丙基二乙基胺和N-(2-乙基己基)丙烯酰胺，烯丙基二乙基胺和N，N-二甲基丙烯酰胺，烯丙基二乙基胺和N，N-二乙基丙烯酰胺，烯丙基二乙基胺和N，N-二正丙基丙烯酰胺，烯丙基二乙基胺和N，N-二异丙基丙烯酰胺，烯丙基二乙基胺和N，N-二辛基丙烯酰胺，烯丙基二乙基胺和N-乙基-N-甲基丙烯酰胺，烯丙基二乙基胺和N-甲基-N-丙基丙烯酰胺，烯丙基二甲基胺和N-甲基丙烯酰胺，烯丙基二甲基胺和N-乙基丙烯酰胺，烯丙基二甲基胺和正丙基丙烯酰胺，烯丙基乙基甲基胺和N-异丙基丙烯酰胺，烯丙基乙基甲基胺和N-甲基甲基丙烯酰胺，烯丙基乙基甲基胺和N-乙基甲基丙烯酰胺，烯丙基乙基甲基胺和N-正丙基甲基丙烯酰胺，烯丙基乙基甲基胺和N-(2-乙基己基)丙烯酰胺，烯丙基乙基甲基胺和N，N-二甲基丙烯酰胺，烯丙基乙基甲基胺和N，N-二乙基丙烯酰胺，烯丙基乙基甲基胺和N，N-二正丙基丙烯酰胺，烯丙基乙基甲基胺和N，N-二异丙基丙烯酰胺，烯丙基乙基甲基胺和N，N-二辛基丙烯酰胺，烯丙基乙基甲基胺和N-乙基-N-甲基丙烯酰胺，烯丙基乙基甲基胺和N-甲基-N-丙基丙烯酰胺。最优选的混合物含有N，N-二甲基丙烯酰胺和烯丙基二甲基胺。
在本发明的一个优选方案中，通过蒸馏方法将式(1)和(2)化合物从混合物中分离出来。由于式(1)化合物的沸点往往比式(2)化合物的沸点低得多，因此，通常首先分离出式(1)化合物。当然，根据两个化合物的相对沸点以及溶剂的沸点，可以选择任何适当条件以蒸馏出各个馏份。理想的是，选择的适当条件为温度至多120℃，优选60-100℃，更优选70-90℃。这样，本发明提供了回收式(1)化合物的方法和回收式(2)化合物的方法。
当式(1)化合物是胺时，也可以通过向混合物中加入强酸形成胺的非挥发性盐来分离式(1)和(2)化合物，形成胺的非挥发性盐有利于从酸化混合物中蒸馏除去式(2)化合物。然后，用强无机碱由化合物(1)的盐再生化合物(1)，并通过蒸馏、萃取等方法分离。
许多取代丙烯酰胺是固体，例如，N-异丙基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺，并且，根据化合物的各自特性在除去化合物(1)之前或之后，这些固体取代丙烯酰胺能被容易地滤出。
使用本发明公开的新方法能容易地制得如上所述的式(3)化合物。通过式(4)化合物与式(5)化合物反应制备式(3)化合物， R1-X (5)其中取代基具有上文定义的相同含义。反应可以在任何合适溶剂存在下进行。理想的是，溶剂为水，但是，反应可以在诸如甲醇或聚乙二醇的任何质子溶剂中和在诸如丙酮和二甲基甲酰胺的许多非质子溶剂中进行。反应过程通常在至多100℃，优选35-45℃的温度下进行。
制备合适的式(3)化合物的实例包括烯丙基氯、甲代烯丙基氯、烯丙基溴、硫酸二甲酯或苄基氯与N，N-二甲基-3-(二甲基氨基)丙酰胺、N，N-二甲基-3-(二乙基氨基)丙酰胺、N-(正丙基)-3-(二甲基氨基)丙酰胺、N，N-二乙基-3-(二甲基氨基)丙酰胺、N-异丙基-3-(二乙基氨基)丙酰胺、N，N-(正辛基)-3-(二乙基氨基)丙酰胺、N-乙烯基-3-(二甲基氨基)丙酰胺、N，N-二乙基己基-3-(二乙基氨基)丙酰胺、N，N-二乙基-3-(二甲基氨基)-2-甲基丙酰胺、N，N-二甲基-3-(甲基巯基)丙酰胺、N-(正丙基)-3-(甲基巯基)丙酰胺中的任一化合物反应。优选的反应是烯丙基氯与N，N-二甲基-3-(二甲基氨基)丙酰胺反应。
本发明包括通过两步法合成式(1)和(2)化合物的混合物的方法。式(4)和(5)化合物在诸如水的合适溶剂中，在至多100℃，优选35-45℃下反应，然后，由该步骤得到的式(3)中间体在碱性条件下，在至多100℃，优选10-30℃下反应，得到式(1)和(2)化合物的混合物。
在本发明的一个更优选的实施方案中，式(4)化合物可以通过以下反应制备在低于100℃，优选低于30℃的温度下，(甲基)丙烯酸的烷基酯与式(8)硫化物或优选与式(6)胺反应，以便对双键进行胺的迈克尔加成。理想的是，(甲基)丙烯酸的烷基酯是(甲基)丙烯酸甲酯。理想的是将化学计量的式(6)胺或式(8)硫化物与(甲基)丙烯酸烷基酯反应，式(7)的胺可以在高于20℃，通常高于40℃的温度下，一般在非质子溶剂中并通常在合适的酰胺化催化剂存在下进行反应。该反应将酯转化为相应的酰胺，释放出相应的链烷醇，在使用(甲基)丙烯酸甲酯的情况下，释放出的是甲醇。可以用其它烯属不饱和羧酸酯，如丙烯酸乙酯代替(甲基)丙烯酸甲酯，这样将释放出乙醇。
其中，R2、R3、R5和R6定义同上。
例如，丙烯酸甲酯可以在30℃下与摩尔当量的二甲胺反应。然后反应产物与化学计量的正丙胺在40℃下反应。二甲胺也可以用二乙胺或乙硫醇代替。可以使用其它胺，如，甲胺、二甲胺、乙胺、二甲胺、正辛胺和哌嗪代替正丙胺。
所有这些胺类化合物是已知的或可以根据已知方法制得。
本发明还包括通过下述步骤制备式(1)化合物的方法， 其中R1是任选被取代的C1-20烷基、C3-4链烯基、任选被取代的C5-7环烷基或任选被取代的苄基，R2是任选被取代的C1-20烷基、C3-4链烯基或任选被取代的C5-7环烷基，A是S或NR3，和R3是任选被取代的C1-20烷基、C3-4链烯基或任选被取代的C5-7环烷基，或者，R2和R3一起构成可含有氧原子的5-7元环，1)在低于100℃，优选低于50℃，更优选低于30℃的温度下，诸如(甲基)丙烯酸甲酯的(甲基)丙烯酸烷基酯首先与式(8)硫化物或优选与式(6)胺反应，以便对双键进行胺的迈克尔加成。
2)化学计量的式(8)硫化物或式(6)胺与(甲基)丙烯酸烷基酯反应完成后，式(7)胺可以在高于20℃，通常高于40℃的温度下，一般在质子溶剂中并通常在合适的酰胺化催化剂存在下进行反应。该反应将酯转化为相应的酰胺，释放出甲醇并形成式(4)化合物， 其中R2是任选被取代的C1-20烷基、C3-4链烯基或任选被取代的C5-7环烷基，A是S或NR3，R3是任选被取代的C1-20烷基、C3-4链烯基或任选被取代的C5-7环烷基，或者，R2和R3一起构成可含有氧原子的5-7元环，R4是氢或甲基，R5是任选被取代的C1-20烷基、C3-4链烯基、任选被取代的C5-7环烷基或任选被取代的苄基，和R6是氢或任选被取代的C1-20烷基、C3-4链烯基或任选被取代的C5-7环烷基，或者，R5和R6一起构成可含有氧原子的5-7元环。
3)式(4)化合物与式(5)化合物反应R1-X(5)，其中R1是任选被取代的C1-20烷基、C3-4链烯基、任选被取代的C5-7环烷基或任选被取代的苄基，优选为烯丙基或甲基烯丙基，X是一个原子或基团，其能形成阴离子，优选为卤素，最优选为氯。式(4)和(5)化合物在诸如水的合适溶剂中，在至多100℃，优选35-45℃下反应，得到式(3)中间体， 其中，A+是S+或N+R3，R1-R6定义同上，X-是阴离子，优选卤离子，尤其是氯离子。
4)在碱性条件下，式(3)化合物在至多100℃，优选10-30℃下反应，得到式(1)和(2)化合物的混合物。 5)可通过溶剂萃取或优选通过蒸馏方法将式(1)和(2)化合物从混合物中分离出来。如果式(1)和(2)化合物和水的沸点相差很大并且(1)和(2)不形成共沸混合物，那么，式(1)化合物能容易地从含有式(1)和(2)化合物和水的混合物中分离出来。式(1)化合物通常具有比式(2)化合物低的沸点。因此，一般用蒸馏法从混合物中分离出式(1)化合物。通常，分离出的化合物(1)是纯的。当然，为了去除残余的化合物(2)，进行进一步的提纯步骤可能是必要的。该提纯步骤可以包括例如用化合物(2)的合适溶剂进行洗涤，该溶剂不是化合物(1)的溶剂。通常得到的是基本上纯的式(1)化合物，而无需进行进一步提纯。
式(1)化合物的典型实例包括烯丙基二甲基胺、烯丙基二乙基胺和烯丙基甲基硫醚。式(1)化合物的典型用途是任选与其它单体形成相应聚合物。通常，烯丙基二甲基胺与丙烯酰胺的共聚物可在很多工业中用作絮凝剂。式(1)化合物的另一个更重要用途是通过式(1)化合物与烯丙基氯反应制备卤化二烯丙基二烷基铵。一般，氯化二烯丙基二甲基铵(DADMAC)可通过烯丙基二甲基胺与烯丙基氯反应制得。DADMAC是已知单体，它可均聚形成低分子量阳离子聚合物，适用于作固液分离凝结剂。或者，DADMAC能与丙烯酰胺共聚形成适用于作絮凝剂的高分子量阳离子聚合物。
本发明还包括通过下述步骤制备式(2)化合物的方法， 其中R4是氢或甲基，R5是任选被取代的C1-20烷基、C3-4链烯基、任选被取代的C5-7环烷基或任选被取代的苄基，和R6是氢或任选被取代的C1-20烷基、C3-4链烯基或任选被取代的C5-7环烷基，或者，R5和R6一起构成可含有氧原子的5-7元环，1)在低于100℃，优选低于50℃，更优选低于30℃的温度下，(甲基)丙烯酸烷基酯，优选丙烯酸甲酯首先与式(8)硫化物或优选与式(6)胺反应，以便对双键进行胺的迈克尔加成。
2)化学计量的式(8)硫化物或式(6)胺与(甲基)丙烯酸烷基酯反应完成后，反应产物与式(7)胺在高于20℃，通常高于40℃的温度下，任选在质子溶剂中并在酰胺化催化剂存在下进行反应，所述质子溶剂优选为甲醇，所述酰胺化催化剂优选为甲醇钠或二丁基锡氧化物。该反应将酯转化为相应的酰胺，释放出相应的链烷醇并形成式(4)化合物， 其中R2是任选被取代的C1-20烷基、C3-4链烯基或任选被取代的C5-7环烷基，A是S或NR3，R3是任选被取代的C1-20烷基、C3-4链烯基或任选被取代的C5-7环烷基，或者，R2和R3一起构成可含有氧原子的5-7元环，R4是氢或甲基，R5是任选被取代的C1-20烷基、C3-4链烯基、任选被取代的C5-7环烷基或任选被取代的苄基，和R6是氢或任选被取代的C1-20烷基、C3-4链烯基或任选被取代的C5-7环烷基，或者，R5和R6一起构成可含有氧原子的5-7元环。
3)式(4)化合物与式(5)化合物反应R1-X (5)其中R1是任选被取代的C1-20烷基、C3-4链烯基、任选被取代的C5-7环烷基或任选被取代的苄基，优选为烯丙基或甲基烯丙基，X是一个原子或基团，其能形成阴离子，优选为卤素，最优选为氯。式(4)和(5)化合物在诸如水的合适溶剂中，在至多100℃，优选35-45℃下反应，得到式(3)中间体， 其中，A+和R1-R6定义同上，X-是阴离子，优选卤离子，尤其是氯离子。
4)在碱性条件下，式(3)化合物在至多100℃，优选10-30℃下反应，得到式(1)和(2)化合物的混合物。
5)一般通过蒸馏方法将式(1)和(2)化合物从混合物中分离出来。如果式(1)和(2)化合物和水的沸点相差很大并且(1)和(2)不形成共沸混合物，那么，式(1)化合物能容易地从含有式(1)和(2)化合物以及水的混合物中分离出来。式(1)化合物通常具有比式(2)化合物低的沸点。因此，一般用蒸馏法从混合物中分离出式(1)化合物。通常，分离出的式(2)化合物是纯的。当然，为了去除残余的化合物(1)，进行进一步的提纯步骤可能是必要的。该提纯步骤可以包括例如用式(1)化合物的合适溶剂进行洗涤，该溶剂不是式(2)化合物的溶剂。通常，能容易有效地得到基本上纯的化合物(1)，而无需进行进一步提纯。
式(2)化合物一般是N-取代或N，N-二取代丙烯酰胺。所述化合物一般包括N-甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N-正丙基丙烯酰胺或N-异丙基丙烯酰胺、N-甲基甲基丙烯酰胺、N-乙基甲基丙烯酰胺、N-正丙基甲基丙烯酰胺、N-(2-乙基己基)丙烯酰胺或N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺、N，N-二正丙基丙烯酰胺、N，N-二异丙基丙烯酰胺或N，N-二辛基丙烯酰胺、N-乙基-N-甲基丙烯酰胺、N-甲基-N-丙基丙烯酰胺。一般，这样的化合物可任选与其它单体聚合，得到可用作木材或纸张的表层涂层、粘合剂、织物浆料和页岩抑制剂等的聚合物。
本发明提供了一种由市售原料合成式(1)和(2)化合物的混合物的简便方法，该方法可在温和的温度下进行并且避免了使用腐蚀性化学物质，如酰氯。本发明的另一个优点是合成式(2)的N-取代丙烯酰胺，同时还得到另一个工业上有用的化合物。令人吃惊的是，本发明还能以高收率获得极高纯度的式(1)和式(2)化合物。尤其是，我们惊奇地发现，可以在工业规模上例如以大于96％纯度的商品品质合成N-取代丙烯酰胺，如N，N-二甲基丙烯酰胺。
下述实施例举例说明了本发明但并不限制本发明范围。
实施例1N，N-二甲基-3-二甲基氨基丙酰胺的制备将430g丙烯酸甲酯和430g甲醇一起在烧瓶中搅拌，并将二甲胺气体通入混合物中。反应放热，冷却混合物，保持反应温度低于35℃。加入495g二甲胺后，加入30％甲醇钠催化剂45g，使得温度从25℃上升至33℃。
酰胺化反应完成后，加入36％盐酸25g或98％硫酸12.5g中和甲醇钠。
在40-50℃下，蒸馏除去甲醇和过量二甲胺，初始蒸馏压力为大气压，最后进行减压蒸馏，得到含有氯化钠或硫酸钠悬浮固体的N，N-二甲基-3-二甲基氨基丙酰胺，可以滤除氯化钠或硫酸钠。
实施例2N，N-二甲基-3-二甲基氨基丙酰胺的烯丙基氯季铵盐的制备将382.5g烯丙基氯和水一起搅拌并加热至35℃。用大约2小时加入710g N，N-二甲基-3-二甲基氨基丙酰胺。反应放热，冷却，保持温度在35-45℃。将得到的N，N-二甲基-3-二甲基氨基丙酰胺的烯丙基氯季铵盐的粘液再搅拌1小时，冷却至20-25℃。
实施例3烯丙基二甲胺和N，N-二甲基丙烯酰胺的制备在搅拌的同时，将200g灰白色(pearl)苛性苏打加入实施例2得到的N，N-二甲基-3-二甲基氨基丙酰胺的烯丙基氯季铵盐中。反应缓慢升温至31℃，然后，随着反应的进行，反应又降温至25℃。得到的混合物含有将被滤除的氯化钠。在蒸馏前，通过加入36％HCl(约5g)，可中和任何过量苏打。
实施例4由实施例3的反应产物分离烯丙基二甲胺和N，N-二甲基丙烯酰胺使用长6英寸、直径1英寸并填充了3/16英寸不锈钢腊希环的玻璃柱，蒸馏混合物。柱顶装有回流/接取分流器。在59-63℃和大气压下，使烯丙基二甲胺(ADMA)与水共沸(96％ADMA，4％水)，蒸馏出ADMA。使液体温度为100℃并轻度抽真空，以确保基本上完全除去ADMA。在蒸馏过程的后期需要高回流比。
将残余的混合物冷却至50℃并用36％HCl调节pH至6。抽真空，在bp38-55℃/50mb条件下收集主要由水和一些二甲基丙烯酰胺组成的中间馏份。需采用高回流/接取比，以获得良好的分离效果。
当蒸馏温度开始快速上升时，改变接受器，在bp80℃/25mb条件下完全接取收集N，N-二甲基丙烯酰胺。收率列于表1。表1
由丙烯酸甲酯制备烯丙基二甲基胺的总收率为82％由丙烯酸甲酯制备二甲基丙烯酰胺的总收率为77％。
实施例5使用46％苛性苏打溶液制备烯丙基二甲胺和N，N-二甲基丙烯酰胺在搅拌条件下，将46％苛性苏打溶液(435g)加入到实施例2得到的N，N-二甲基-3-二甲基氨基丙酰胺的烯丙基氯季铵盐中。苛性苏打溶液的加入用时1小时并且在该过程中温度随着反应的进行由23℃降至14℃。反应混合物的pH值为12-14。
再快速加入46％苛性苏打溶液(220g)，以分离出上层有机层(995g)，向有机层中加入少量36％盐酸，中和任何残余的苛性苏打。
如实施例4蒸馏有机层，得到353gADMA(99.9％ADMA峰面积，比照标准物(无水)为96％，KF-4％水)、含有10％N，N-二甲基丙烯酰胺的中间馏份(225g)、(406g)蒸馏物(GC比照标准物，99.4％N，N-二甲基丙烯酰胺，KF-0.22％水)。
实施例63-(4-吗啉代)-丙酰-吗啉的制备搅拌346g 3-(4-吗啉代)丙酸甲酯的甲醇(162g)溶液并加入吗啉(174g)，然后加入20g 30％甲醇钠甲醇溶液。混合物升温至65-70℃并在该温度下保持5小时，当GC分析表明反应完全时，缓慢加入36％盐酸(11.2g)，以中和甲醇钠。减压蒸馏冷却后的混合物以除去甲醇，并用丙酮处理残余物，过滤，用丙酮洗涤固体。在50℃干燥固体，得到336g 3-(4-吗啉代)-丙酰-吗啉无色固体，熔点98-100℃。
实施例71-甲基吗啉和丙烯酰氨基吗啉的制备搅拌3-(4-吗啉代)-丙酰吗啉(350g)的水(200g)溶液，滴加硫酸二甲酯，同时进行冷却以保持温度低于30℃。在30℃再搅拌混合物2小时，然后用1小时缓慢加入46％苛性苏打溶液(139g)。再加入139g 46％苛性苏打溶液，分离出上层。GC分析有机层表明存在1-甲基吗啉(119g)和丙烯酰氨基吗啉(171g)，分别在沸点116℃(1000mb)和80-84℃(2mb)进行蒸馏，而容易地将其分离。
实施例8N，N’-双-3-(4-吗啉代)-丙酰-哌嗪的制备搅拌346g 3-(4-吗啉代)丙酸甲酯的甲醇(162g)溶液，同时加入哌嗪(86g)和30％甲醇钠甲醇溶液(20g)。反应混合物在环境温度下放置48小时，然后过滤并用冷甲醇洗涤固体。在60℃下干燥物料，得到N，N’-双-3-(4-吗啉代)-丙酰-哌嗪的无色晶状固体224g，MP145-146℃。
实施例91-甲基吗啉和N，N’-双-丙烯酰氨基哌嗪的制备搅拌200g N，N’-双-3-(4-吗啉代)-丙酰-哌嗪的水(220g)溶液，冷却并加入硫酸二甲酯(137g)，保持温度低于35℃。再搅拌混合物2小时，得到澄清溶液，pH为6.5。
搅拌条件下，缓慢加入46％苛性苏打溶液(94.4g)，然后加入对甲氧基苯酚(0.5g)，在bp94℃(1000mb)下蒸馏出1-甲基吗啉和水的共沸物(121g，含有29g水和92g1-甲基吗啉)。所得溶液用甲基乙基酮萃取数次。蒸发溶剂萃取物，得到70g N，N’-双-丙烯酰氨基哌嗪的白色晶状固体，mp 95-97℃。
实施例103-二甲基氨基-N-异丙基丙酰胺的制备搅拌3-二甲基氨基丙酸甲酯(131g)，加入异丙胺(71g)，然后加入30％甲醇钠甲醇溶液(18g)。环境温度下放置3天后，GC分析表明，转化率为98％。减压蒸发出过量的异丙胺，得到浅黄色油状3-二甲基氨基-N-异丙基丙酰胺(155g)。
实施例11烯丙基二甲胺和N-异丙基丙烯酰胺的制备将实施例10制得的3-二甲基氨基-N-异丙基丙酰胺(155g)溶解在丙酮(220ml)中，在35-40℃下，随着搅拌缓慢加入烯丙基氯(90g)。将混合物冷却至20℃，搅拌下缓慢加入46％苛性苏打溶液(87g)，搅拌2小时。滤除氯化钠，得到浅黄色溶液(390g)。
GC分析溶液表明，溶液中含有92g N-异丙基丙烯酰胺和42g烯丙基二甲胺。
实施例12N-(3-三甲基铵)丙基丙烯酰胺氯化物和三甲基胺的制备将N-(3-二甲基氨基)丙基-3-二甲基氨基乙基丙烯酰胺(26.3g)加入甲基氯(22.5g)的丙酮(24.8g)溶液中，混合物在环境温度下放置48小时。从结晶残余物滗去丙酮，将结晶残余物溶解在水(50ml)中。将46％苛性苏打溶液(11.4g)缓慢加入该水溶液中，在20-25℃放置2小时，然后采用离子色谱法分析。表明溶液中含有17.2g N-(3-三甲基铵)丙基丙烯酰胺氯化物。GC分析确证存在三甲基胺。
实施例133-二甲基氨基-2-甲基-N-异丙基丙酰胺的制备搅拌3-二甲基氨基-2-甲基丙酸甲酯(299g，通过1当量二甲胺与甲基丙烯酸甲酯的迈克尔加成反应制得)和甲醇(300ml)，同时加入异丙胺(177g)，然后加入35g 30％甲醇钠甲醇溶液。反应混合物升温至70℃，保持16小时。GC分析表明，对酰胺的转化率高于90％。
将溶液冷却至20℃，加入36％盐酸(20g)中和甲醇钠。过滤混合物除去盐，减压除去甲醇和过量异丙胺，得到3-二甲基氨基-2-甲基-N-异丙基丙酰胺的灰白色固体粗品。通过从石油溶剂油(petroleum spirit)(bp100-120℃)中结晶，获得纯产品，mp 67-69℃。
实施例14烯丙基二甲胺和N-异丙基甲基丙烯酰胺的制备在20℃下搅拌烯丙基氯(76.5g)和水(50ml)的混合物，分批加入3-二甲基氨基-2-甲基-N-异丙基丙酰胺(175g，由实施例13制得)，保持温度低于30℃。当加入结束后，搅拌混合物16小时，得到烯丙基氯季铵盐的澄清粘液。加入46％苛性苏打溶液(87g)，在20-25℃下搅拌混合物3-4小时。期间，分离出N-异丙基甲基丙烯酰胺的白色结晶固体，通过蒸馏从反应混合物中回收烯丙基二甲胺。将蒸馏出烯丙基二甲胺后残余的混合物过滤，回收N-异丙基甲基丙烯酰胺。用水洗涤滤出的固体，在空气中干燥，得到结晶固体状的N-异丙基甲基丙烯酰胺，mp 89-91℃。
权利要求
1.制备含有式(1)化合物和式(2)化合物的混合物的方法， 其中R1是任选被取代的C1-20烷基、任选被取代的C3-4链烯基、任选被取代的C5-7环烷基或任选被取代的苄基，R2是任选被取代的C1-20烷基、任选被取代的C3-4链烯基或任选被取代的C5-7环烷基，A是S或NR3，R3是任选被取代的C1-20烷基、任选被取代的C3-4链烯基或任选被取代的C5-7环烷基，或者，R2和R3一起构成可含有氧原子的5-7元环，R4是氢或甲基，R5是任选被取代的C1-20烷基、任选被取代的C3-4链烯基、任选被取代的C5-7环烷基或任选被取代的苄基，和R6是氢或任选被取代的C1-20烷基、任选被取代的C3-4链烯基或任选被取代的C5-7环烷基，或者，R5和R6一起构成可含有氧原子的5-7元环，该方法包括，使式(3)化合物在碱或碱性介质中反应， 其中X-是阴离子，A+是S+或N+R3，R1、R2、R3、R4、R5和R6的定义同上。
2.根据权利要求1的方法，其中A是NR3。
3.根据权利要求1或2的方法，其中R1是烯丙基或甲代烯丙基。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求的方法，其中R2是C1-2烷基，优选甲基。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求的方法，其中R3是C1-2烷基，优选甲基。
6.根据权利要求1-5中任一权利要求的方法，其中R5是C1-8烷基，优选甲基、乙基、正丙基、异丙基或正丁基。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求的方法，其中R6是氢或C1-8烷基，优选甲基、乙基、正丙基、异丙基或正丁基。
8.根据权利要求1-7中任一权利要求的方法，其中X-是卤离子，优选氯离子。
9.根据权利要求1-8中任一权利要求的方法，其中式(3)化合物与叔胺、位阻仲胺或优选与碱金属氧化物、碱金属氢氧化物、碱土金属氧化物、碱土金属氢氧化物或氢氧化铵，优选与氢氧化钠或氢氧化钾反应。
10.根据权利要求1-9中任一权利要求的方法，其中反应在pH大于8，优选11-12的含水介质中进行。
11.根据权利要求1-10中任一权利要求的方法，其中反应在至多100℃，优选10-30℃下进行。
12.根据权利要求1-11中任一权利要求的方法，其中通过式(4)化合物与式(5)化合物反应制备式(3)化合物， R1-X (5)其中X是能形成阴离子、优选卤离子、最优选氯离子的任何原子或分子，并且A、R1、R2、R3、R4、R5和R6的定义同权利要求1。
13.根据权利要求12的方法，其中式(4)化合物和式(5)化合物在溶剂，优选在水中，在至多100℃，优选在35-45℃下反应。
14.根据权利要求1-13中任一权利要求的方法，其中，在制得式(1)和(2)化合物的混合物后，分离化合物(1)和(2)。
15.根据权利要求1-14中任一权利要求的方法，其中通过式(4)化合物与式(5)化合物反应制备式(3)化合物， R1-X (5)其中X是能形成阴离子、优选卤离子的任何原子或分子，并且R1-R6的定义同权利要求1。
16.根据权利要求15的方法，其中式(4)化合物和式(5)化合物在溶剂，优选在水中，在至多100℃，优选在35-45℃下反应。
17.根据权利要求1-16中任一权利要求的方法，包括下述步骤1)在低于100℃，优选低于30℃的温度下，烯属不饱和羧酸酯与式(8)硫化物或优选与式(6)胺反应，进行迈克尔加成， 2)在高于20℃，优选高于40℃下，任选在合适的催化剂存在下，使步骤(1)的产物与式(7)胺反应， 3)使步骤(2)的产物与合适的季铵化化合物反应，优选与式(5)化合物反应，4)使步骤(3)的产物与碱反应，得到式(1)和(2)化合物的混合物。
18.含有式(1)和(2)化合物的组合物， 其中A和R1-R6的定义同权利要求1。
19.制备式(1)化合物的方法， 其中A、R1和R2定义同权利要求1，其中，按照权利要求1-17中任一权利要求定义的步骤提供含有式(1)和(2)化合物的混合物，然后混合物进行分离步骤，分离步骤选自溶剂萃取和蒸馏。
20.根据权利要求19的方法，其中通过在适当温度下进行真空蒸馏从混合物中分离出式(1)化合物。
21.制备式(2)化合物的方法， 其中R4、R5和R6的定义同权利要求1，其中，按照权利要求1-17中任一权利要求定义的步骤提供含有式(1)和(2)化合物的混合物，然后混合物进行分离步骤，分离步骤选自溶剂萃取和蒸馏。
22.根据权利要求21的方法，其中通过在适当温度下进行真空蒸馏从混合物中首先分离出式(1)化合物，然后任选进行提纯以除去残余的式(1)化合物，从而提供基本上纯的化合物。
全文摘要
一种制备含有式(1)化合物和式(2)化合物的混合物的方法,其中R
文档编号C07D295/00GK1345302SQ00802792
公开日2002年4月17日 申请日期2000年1月12日 优先权日1999年1月16日
发明者P·S·利特勒伍德, M·辛格 申请人:西巴特殊化学水处理有限公司